| 研究課題/領域番号 |
20H02098
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
土方 亘 東京工業大学, 工学院, 准教授 (30618947)
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| 研究分担者 |
藤原 立樹 東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 助教 (00632291)
大内 克洋 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附研究部門准教授 (20322084)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2020年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
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| キーワード | 人工心臓 / 磁気浮上 / 強制変位加振 / 推力・磁力ハイブリッド浮上 / 血栓予防 / 血栓検知 / 補助人工心臓 / 磁力・推力ハイブリッド浮上機構 / 磁気軸受 / インペラダイナミクス / 推力浮上 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
人工心臓は心臓病患者の血液循環に使われるが，ポンプ内血栓による死亡や脳梗塞が多い．また，小型人工心臓が実現しておらず，小児は腹部に穴を開けて人工血管を外に引出し，人工心臓を体外に設置して生活している．すなわち，現在の人工心臓は延命デバイスに過ぎない状態である．そこで本研究では，羽根車の血液中ダイナミクスを解明し，浮上インペラの加振制御による血栓予防，および推力を利用したインペラの磁力・推力ハイブリッド浮上機構の創出と小型人工心臓への適用を行い，「小児から高齢者まで，全ての患者の生活の質と生存率を格段に向上させる次世代人工心臓の創出」に挑戦する．
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| 研究成果の概要 |
人工心臓は心不全患者の血液循環に使われるが，ポンプの小型化やポンプ内血栓が課題である．そこで本研究では（１）小児用まで小型化しても血球損傷の小さい，羽根車の磁力・推力ハイブリッド浮上機構，（２）羽根車の加振制御による，血栓予防・血栓検知技術の開発に取り組んだ．具体的には（１）は応答局面法を用いて推力の高剛性設計を実現した．（２）では，磁気軸受を用いてインペラを円軌道状に強制変位加振することで血液粘度変化と区別可能な血栓の検出技術を実現した．さらに，加振の周波数と振幅を適切な値とすることで，磁気軸受の消費電力を抑えつつ，インペラ表面への血液の粘着を予防可能な加振条件を明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では従来の副作用を伴う薬剤療法とは異なるアプローチで，機械的に血栓の予防を行う技術を提案している．人工物に対する血栓抑制技術は人工心臓のみならず，様々な医療機器に応用可能な汎用性の高い技術であり，機械・制御工学と生体医工学分野を融合した新たな学術分野となりうる．また，血栓予防や検出を自動で行うことで，あたかも人体の血液凝固メカニズムの中に人工心臓が介在しているような状態を実現し，人工臓器分野で課題の人と機械の融合に挑戦する点が意義深い．本技術実現の暁には，患者の生存率，QOL向上が期待され，社会的にも大きな貢献が期待できる．
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